化学元素是怎样形成的? 宇宙正在膨胀的现象导致了下述概念:在150亿年化学元素是怎样形成的? 宇宙正在膨胀的现象导致了下述概念:在150亿年
化学元素是怎样形成的,
宇宙正在膨胀的现象导致了下述概念:在150亿年之前, 目前宇宙中所有的物质都集中在一个很小的区域内~后来在一次被称之为‘大爆炸’,Big Bang,的事件中爆开。爆炸产
9 生的初始温度高达10K, 产生的粒子动能太大, 无法结合成我们今天所知的物质。然而, 宇宙的温度随着它的膨胀而下降, 减了速的粒子在强力作用下结合成原子核~而电磁力则将电子束缚在核的周围形成原子。强力是指存在于质子之间、中子之间以及它们相互之间的短程强吸引力...
化学元素是怎样形成的? 宇宙正在膨胀的现象导致了下述概念:在150亿年
化学元素是怎样形成的,
宇宙正在膨胀的现象导致了下述概念:在150亿年之前, 目前宇宙中所有的物质都集中在一个很小的区域内~后来在一次被称之为‘大爆炸’,Big Bang,的事件中爆开。爆炸产
9 生的初始温度高达10K, 产生的粒子动能太大, 无法结合成我们今天所知的物质。然而, 宇宙的温度随着它的膨胀而下降, 减了速的粒子在强力作用下结合成原子核~而电磁力则将电子束缚在核的周围形成原子。强力是指存在于质子之间、中子之间以及它们相互之间的短程强吸引力,电磁力则是电荷之间的一种长程作用力。
如果‘大爆炸’的观点正确~爆炸发生的2小时后就足以使大多数物质以H原子和He原子的形式存在了。从一定意义上
讲~从大爆炸发生后的2小时算起,
后来发生的变化并不大~因为H和
He至今仍是宇宙中丰度最大的两个
,图,。 元素
人们认为最早的星球是由H和
He的原子云凝聚而成的。原子云在
重力作用下收缩造成星球内部的高
温和高密度~从而创造了发生核聚 Fig. Abundances of the elements in the universe.
(Elements with odd Z are less stable than their neighbors with 变反应的条件。周期
中原子序数
even Z. The abundances refer to the number of atoms of each 等于和小于26(Fe)的那些元素都是6element relative to Si taken as 10.) 由H核和He核发生核聚变反应的产
物。以H核,p, 即质子,聚变形成He核,即α粒子,的过程为例~足以说明这类反应的复杂性。
12113 C-12俘获一个质子: C + p ? N + γ 617
1313+ N-13发生正电子衰变并伴随发射中微子: N? C + e +ν 76
13114 C-13俘获一个质子: C + p ? N + γ 617
14115 N-14俘获一个质子: N + p ? O + γ 718
1515+ O-15发生正电子衰变并伴随发射中微子: O? N + e +ν 87
151124 N-15俘获一个质子: N + p ?C + α 7162上述过程实际上是以C-12核为催化剂构成的催化循环~反应的净结果是:
14+ 4 p ?α + 2e + 2ν + 2γ 12
需要指出的是~宇宙膨胀的早期不存在C核~那时发生的是非催化的H核聚变。
8He核聚变反应的一个例子是, 两个α粒子碰撞生成Be核, 后者继续与另一个α粒子
12反应生成C:
8412 Be + α ? C + γ 426
与轻元素的不同~原子序数大于26的元素的核合成反应涉及各种不同的耗能过程~其中包括俘获中子的核反应。在中子通量较高的条件下~一个核可以连续俘获几个中子成为越来越重的同位素~重到一定程度后, 即发射出一个电子,β粒子,导致原子序数增加1~形成一个新元素。例如:
98199 Mo-98 俘获一个中子: Mo + n ? Mo + γ 42042
9999- Mo-99发生β衰变并伴随发射中微子: Mo ? Tc + β + γ 424399Tc还可继续俘获中子形成更重的元素。 43
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